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椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构 的 运动学 分析及试验研究 赵雄 任根勇 陈建能 机械工程及自动化学院，浙江理工大学， 杭州 310018，中国 摘要： 为了分析椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构 的 运动学性能 ， 建立了一个 运动学的数学模型， 编制了 一个辅助分析与仿真软件。 根据不同的参数 ， 这软件能显示运动特性及仿真运动的机制 。 它还 为 人机交互 提供了一个平台。 通过软件 可以 选定一组令人满意的参数 。 通过这些参数对 曲柄摇杆 打纬机构 的测试床进行优化 。 通过 高速视频磁带记录器 验证运动性能的机理 。 关键词： 打纬机构 椭圆齿轮 曲柄摇杆 动力学 引言 打纬机构是纺织机的一个重要部位。 它是由引纬纬纱插入机制形成的 织物 。它的功能是 把主轴的 恒定速度旋转 改变为筘座的不 恒定往复摆动。为使引纬机构完成插入纬纱，筘座的打纬机构应该有足够的停留时间 或 相对停留时间在前方位置。打纬机构的性能测定织物的质量，也 决定 织机 的 质量竞争力 1。 现在，有三种普遍的打纬机构：四连杆打纬机构，六连杆打纬机构和共轭凸轮打纬机构 2。一般来说，四连杆打纬机构是最简单的，它有 65 相对停留时间。六连杆打纬机构有 120的相对停留时间 3。 它更多的取决于它的生产较大 累计误差 。 共轭凸轮的停留时间为 220 但共轭凸轮机构需要很高的 加工精度 。如果有一些加工误差会造成 一定的 振动 4。 在本文中，一种新型的依据椭圆齿轮和曲柄摇杆的打纬机构产生了 5，它的运动学数学模型 也 建立 了 。 通过 一个测试 装置 的开发和 对 运动性能的机制进行了高速视频磁带记录，这表明，这种新的机制可以满足 打纬 要求 。 1 椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构 图 1 显示了 椭圆齿轮曲柄摇杆 打纬机构初始位置 。， 0 为主动椭圆齿轮的焦点，也是织机主轴转动中心， 该椭圆齿轮的一个焦点，曲柄 度 z )与从动椭圆齿轮固接，通过连杆 度 z )带动摇杆度 z。 )作往复摆动。 筘座 过优化椭圆齿轮的短长轴之比 k(偏心率 )、当曲柄 连杆 线时 (即筘座 与支座 度 z )夹角 、初始安装角 (安装时主动椭圆齿轮长轴与 的夹角 )、四根杆件的长度和支座 置角 y，可以获得类似共轭凸轮打纬机构运动规律。 1 主动椭圆齿轮 2 从动椭圆齿轮 筘座 图 1 椭圆齿轮 一曲柄摇杆打纬机构示意图 2 椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构的运动学数学建模 圆齿轮驱动的数学模型 当主动齿轮 1一恒定的速度逆时针旋转时，齿轮 2会以一个变速顺时针旋转。设主动轮 1 转角 1，从动轮 2 转过角 2，点 P 到轴 O 的距离是 距离是 推导得： r1=a+c*) (1) r2=a+c*) (2) 1， 2的变化范围是 0到 2 6。 由椭圆齿轮的传动特性得： a- （ 3） 即 （ 4） 由式（ 4）可计算从动轮角位移 2与主动轮角位移 1的关系。 （ 5） 对（ 5）求导得： （ 6） 由（ 1）和（ 3），根据求导公式， ， ， （ 7） 摇杆 运动学运动学模型 由于曲柄固定在从动椭圆齿轮，其角速度和角加速度 与 椭圆齿轮驱动 一样 。即： ， ，根据图 2，下列方程可以被推导出 7。 图 2 曲柄摇杆机构 （ 8） (9)（ 10） （ 11） （ 12） （ 13） （ 14） 根据（ 13）和（ 14）， （ 15） （ 16） E 在筘座 位移方程： （ 17） 速度方程： （ 18） （ 19） 3 辅助分析与仿真软件的机构参数优化 计算机辅助分析软件 可视化的机制分析优化的过程，可以显示更多的信息到用户的过程。用户可以观察整个过程和发现的基本参数的机制。人机交互分析和优化 是人类和电脑的优点结合在一起。 人类拥有的能力，模糊推理，判断和创新，这可以帮助处理以及随机事件 。同时， 计算机擅长精确计算及相关工作 。 人类和计算机能充分发挥各自的人 因此， 令人满意的参数可以很容易的实现 8 基于以上椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构， 一个辅助分析与仿真软件 被实现，在图 3中显示出来。 它可以用于分析对不同的机构参数和验证是否存在干扰 在 组成部分之间的机制 中。 图 3 分析和仿真 机制的软件 有了这个软件，用户可以输入机构参数 ，像 a， k， ， 机构运动仿真将显示在界面左侧 ； 位移，速度和加速度曲线 的点将会分别显示在接口的右侧；最优值将会显示在接口的左下方。位移曲线会随着 k 的增加而减少显示在后方位置；同时加速度曲线显示， 最大加速度会随 运动学机制的性能看， k 需要根据打纬机构的要求进行优化。k，从而 获得理想的运动性能。 优化结果分析 打纬机构最重要的性能之一是筘座的驻留时间。增加机制的参数可以延长停留时间，同时最大加速度明显增加，而且特大型加速度波动会降低机构动态特性。设计师必须在延长停留时间和控制加速度波动之间做一个平衡。 根据 上述辅助分析与仿真软件 ，可以获得一组参数： =4 ,k=135 ,a=0mm,00mm,80mm,99mm,基于这些参数，当织机速度 300 转 /分钟， 点 E 运动曲线显示 在图 4。 当 打纬机构 是在后方的位置，位移曲线几乎是平的。 筘座的驻留时间接近 200（从 92 到285 ），这就不会导致打纬机构和打纬插入机构之间的干扰。 此外，在这一时期，筘座曲线 的 速度和加速度几乎接近 0 因此，他不会产生振动，将有利于纬纱的入境和出境。在打纬结束时，最大位移为 85大加速度为 足了打纬的要求。 图 4 椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构的运动曲线 4 试验研究 根据上述参数，椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构的测试床被开发出来了。（图 5）利用高速视频 磁带记录器和视频分析软件 到了当织机的主轴转速在 100转 /分钟的时候的位移和速度。点 E 的理论和实验位移显示在图 6，点 E 的理论和实验速度显示在图 7。 实测位移曲线是 和理论一致 ，但实际测量速度曲线显示一些波动 。对此有 2个原因：该机制组件之间的差距引起的振动； 视频分析包含错误。 图 5 椭圆齿轮 图 6 打纬机构位移曲线分析图 图 7 打纬机构速度曲线分析图 5 总结 （ 1）在本文中，椭圆 齿轮曲柄摇杆打纬机构已经生产出来了。其运动学数学模型已经建立，一个辅助分析与仿真软件通过基本视觉已经完成。通过这个软件一组令人满意的参数已经得到。 （ 2）关于椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构的测试床已经比较成熟。通过视频磁带记录器，运动学性能得到了验证。这表明模型的有效性和机制的可行性。 文献 1 K, D. 织机 M. 第二版 国纺织 &服装出版社， 2004：2672 S， E， C，等等 . 四连杆打纬 机构模糊优化设计 J. 机械设计与研究， 2005， 21（ 2）： 723 P. 基于 六连杆打纬机构优化设计和仿真 J. 纺织研究学报， 2006， 27（ 3）： 404 Y. 分析剑杆织机打纬机构 J. 纺织研究学报， 2004， 25（ 4）：735 浙江理工大学 椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构的引纬打纬：中国，. 20086 N， ， ，等等。建立 关于椭圆齿轮曲柄摇杆引纬机构的运动学模型 J. 中国工程机械， 2007， 18（ 19）： 22947 . 机理数学分析与合成 M国工业出版社， 2005： 1778 J， ， X研究人机系统及其应用 J. 中国工程机械杂志， 2000， 36（ 6）： 429 F， S， J人机合作的关键技术研究 J. 中国工程机械杂志， 2006， 42（ 11）： 110 ， F， Z人机界面交互式基本算法 J2005， 45（ 1）： 58
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